JP2582144B2

JP2582144B2 - 撮影レンズ

Info

Publication number: JP2582144B2
Application number: JP63292143A
Authority: JP
Inventors: 芳治高杉
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-11-18
Filing date: 1988-11-18
Publication date: 1997-02-19
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: JPH02137812A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、内視鏡、顕微鏡、双眼鏡、望遠鏡等の観察
光学装置の接眼部に取り付けて撮影を行なうカメラに用
いられる撮影レンズに関する。

〔従来の技術〕

内視鏡や顕微鏡等の観察光学装置の接眼部にカメラを
取り付け撮影を行なう場合、接眼レンズの射出瞳が絞り
位置となるため、これらのカメラに使用される撮影レン
ズは前置絞りタイプとなるのが一般的である。この種の
前置絞りレンズとして特開昭59−33416号公報が知られ
ている。これは内視鏡等の接眼部に取付けられるカメラ
用の撮影レンズで、トリプレットタイプの簡単な構成の
レンズ系であるが、Ｆナンバーが大きいためあまり明る
い像を得ることができない。

また、Ｆナンバーの小さな光学系の例としては特開昭
49−53036号公報や特開昭55−96915号公報に記載されて
いるレンズ系がある。これは第15図に示すようにトリプ
レットの後方に正レンズを１枚加えた４枚構造のレンズ
系でＦナンバーが1.8〜２と小さいため明るい像を得る
ことができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし前置絞りなので、レンズ系の絞りに対する非対
称性が明らかであり、画角が大きくなるにつれてコマ収
差等の発生が著しくなり、結像性能が劣化する。

本発明は以上の点に鑑み成されたものであり、Ｆナン
バーが小さく明るい像が得られしかも画面周辺において
も諸収差が適正に補正され、構成が簡単で小型の撮影レ
ンズを提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１
レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折
力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レン
ズとから成り、以下の条件（１）乃至（５）を満足する
ことを特徴とする観察装置の接眼部に取り付けて撮影を
行う撮影レンズである。

（１） 0.2f＜L1＜1.1f （２） 0.4f＜L2＜1.2f （３） −2.2/f＜φ１＜−0.4/f （４） 0.52/f＜φ２＜1.9/f （５） 0.49/f＜φ３＜1.0/f ただし、L1はレンズ全長（第１レンズの物体側面から
第４レンズの像側面までの軸上空気換算長）、L2はバッ
クフォーカス（第４レンズの像側面から結像面までの軸
上空気換算長）、ｆは全系の焦点距離、φ１は第２レン
ズの物体側面の屈折力、φ２は第３レンズと第４レンズ
の各面の屈折力の和、φ３は第３レンズの像側面の屈折
力である。

〔作用〕

条件（１）及び（２）はレンズ系の全長およびバック
フォーカスを規定したものである。

条件（１）の下限を越えるとレンズ全長が短くなりす
ぎて実際にレンズを配設する時にレンズ同士がぶつかっ
てしまったり、レンズ取り付け枠のためのスペースがな
くなったりする。また、各レンズの肉厚はたいへん薄い
ものとなってしまい加工が困難で手間がかかってしまう
という問題が起こる。また、上限を越えるとレンズ系の
全長が大きくなりそれに応じて特に像面に近いレンズの
外径が大きくなりコンパクト化のさまたげになるばかり
でなく、球面収差やコマ収差等も適切に補正できなくな
ってしまう。

条件（２）の下限を越えると光学系全体のコンパクト
化には有利であるが、バックフォーカスが極めて短かく
なるため、本発明のレンズをTVカメラ用の撮影レンズと
して用いる場合に必要な赤外カットフィルター等の光学
フィルターをレンズ系と結像面との間に配設できず撮影
レンズの用途が限定されてしまう。また上限を越えると
必然的に全系の焦点距離が長くなり、それに応じて光学
系全長も長くしなければならず、コンパクト化に大きな
弊害が生ずる。

条件（３）、（４）、（５）は各々レンズの屈折力を
規定したものである。

条件（３）は主に球面収差の補正及びペッツバール和
を零に近い値に保つために必要であり、上限を越えると
他の正レンズで発生した球面収差を補正しきれなくなる
と共にペッツバール和が大きくなり像面湾曲が補正不足
となる。また下限を越えると球面収差が補正過剰となる
ばかりでなくコマ収差の発生も伴なってしまい好ましく
ないと共に、ペッツバール和が負の値に大きくなり像面
湾曲が補正過剰となる。

条件（４）の下限を越えるとバックフォーカスが長く
なるためコンパクト化ができなくなってしまう。また上
限を越えると逆にバックフォーカスが短かくなってしま
い光学フィルター等が配置できずに撮影レンズの用途が
限定されてしまう。

条件（５）は主にコマ収差を良好に補正するのに必要
な条件であり、下限を越えると第４レンズの正の屈折力
が強くなり第３レンズまでで発生したコマ収差を良好に
補正できなくなる。また上限を越えるとコマ収差が補正
不足となり望ましくない。

以上のことから本願発明の光学系は条件（１）乃至
（５）を満足することが好ましい。

更に以下の条件（６），（７），（８）を満足すると
より良好なレンズ系を得ることができる。

（６） −1.7f＜r₃＜−0.3f （７） −1.5f＜r_R＜−0.4f （８） 0.03f＜d₂＜0.24f ただし、ｆは全系の焦点距離、r₃は第２レンズの物体
側面の曲率半径,r_Rは第３レンズの像側の曲率半径,d₂は
第１レンズと第２レンズの間隔である。

条件（６）の下限を越えるとコマ収差が発生し結像性
能が劣化するばかりでなく、球面収差及び像面湾曲が補
正過剰となり好ましくない。また上限を越えると他の正
レンズで発生した球面収差並びに像面湾曲を補正しきれ
なくなる。

条件（７）の下限を越えると第３レンズの屈折力が弱
まるためその分第４レンズの屈折力を強くしなければな
らなくなりコマ収差の補正が良好に行なえなくなってし
まう。また上限を越えるとコマ収差がより強く発生して
しまい望ましくない。

条件（８）の下限を越えると第１レンズと第２レンズ
がぶつかってしまったり、レンズ取り付け枠のスペース
がとれない等の不具合が生ずる。また上限を越えるとレ
ンズ系のコンパクト化に不利であるばかりか収差の面で
もコマ収差が補正しにくくなる。

〔実施例〕

次に本発明の撮影レンズの各実施例を示す。

実施例１ｆ＝１ F/1.60 ２ω＝13.07゜ r₁＝1.0994 d₁＝0.2100 n₁＝1.78590 υ_１＝44.18 r₂＝10.2393 d₂＝0.1814 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝−1.1795 d₃＝0.0913 n₃＝1.74950 υ_３＝35.27 r₄＝0.5957 d₄＝0.3379 n₄＝1.65830 υ_４＝57.33 r₅＝−1.0281 d₅＝0.1817 n₅＝１ υ_５＝０ r₆＝0.9679 d₆＝0.2557 n₆＝1.72916 υ_６＝54.68 r₇＝9.0604 L₁＝0.8845 L₂＝0.5182 φ_１＝−0.6354 φ_２＝1.1601 φ_３＝0.6403 実施例２ｆ＝１ F/2.08 ２ω＝12.56゜ r₁＝2.2905 d₁＝0.1310 n₁＝1.78590 υ_１＝44.18 r₂＝−2.3211 d₂＝0.1179 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝−0.7428 d₃＝0.0782 n₃＝1.74950 υ_３＝35.27 r₄＝1.3486 d₄＝0.3084 n₄＝1.65830 υ_４＝57.33 r₅＝−0.8153 d₅＝0.0423 n₅＝１ υ_５＝０ r₆＝1.3263 d₆＝0.2061 n₆＝1.72916 υ_６＝54.68 r₇＝∞ L₁＝0.5834 L₂＝0.7975 φ_１＝−1.009 φ_２＝1.2896 φ_３＝0.8074 実施例３ｆ＝１ F/2.16 ２ω＝13.07゜ r₁＝2.7989 d₁＝0.0819 n₁＝1.72916 υ_１＝54.68 r₂＝−1.7067 d₂＝0.0753 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝−0.6138 d₃＝0.0670 n₃＝1.75520 υ_３＝27.51 r₄＝−0.9510 d₄＝0.0167 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝−43.8760 d₅＝0.1171 n₅＝1.72916 υ_５＝54.68 r₆＝−1.0312 d₆＝0.0167 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝0.8965 d₇＝0.1003 n₇＝1.72916 υ_７＝54.68 r₈＝0.8836 L₁＝0.32,L₂＝0.7944 φ_１＝−1.2304,φ_２＝0.6786 φ_３＝0.7071 実施例４ｆ＝１ F/2.16 ２ω＝13.06゜ r₁＝−23.5643 d₁＝0.1005 n₁＝1.72916 υ_１＝54.68 r₂＝−1.3984 d₂＝0.0963 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝−0.4487 d₃＝0.0679 n₃＝1.75520 υ_３＝27.51 r₄＝−0.7251 d₄＝0.0089 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝−1.9614 d₅＝0.1458 n₅＝1.58913 υ_５＝60.97 r₆＝−0.6224 d₆＝0.0084 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝2.4854 d₇＝0.1453 n₇＝1.72916 υ_７＝54.68 r₈＝−7.1661 L₁＝0.3862,L₂＝0.9281 φ_１＝−1.6831,φ_２＝1.0413 φ_３＝0.9465 実施例５ｆ＝１ F/2.16 ２ω＝13.06゜ r₁＝3.0269 d₁＝0.0821 n₁＝1.72916 υ_１＝54.68 r₂＝−2.3223 d₂＝0.0754 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝−0.6389 d₃＝0.0671 n₃＝1.75520 υ_３＝27.51 r₄＝−1.0849 d₄＝0.0168 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝−6.2031 d₅＝0.1173 n₅＝1.72916 υ_５＝54.68 r₆＝−1.0282 d₆＝0.0168 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝4.0744 d₇＝0.1005 n₇＝1.72916 υ_７＝54.68 r₈＝−4.3997 L₁＝0.3207,L₂＝0.8831 φ_１＝−1.1820,φ_２＝0.9363 φ_３＝0.7092 実施例６ｆ＝１ F/2.16 ２ω＝13.03゜ r₁＝0.6427 d₁＝0.1356 n₁＝1.78590 υ_１＝44.18 r₂＝6.0936 d₂＝0.0670 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝−1.3315 d₃＝0.0670 n₃＝1.69895 υ_３＝30.12 r₄＝0.6536 d₄＝0.0795 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝1.9269 d₅＝0.1113 n₅＝1.83481 υ_５＝42.72 r₆＝−1.1293 d₆＝0.0167 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝−33.6608 d₇＝0.0753 n₇＝1.69680 υ_７＝55.52 r₈＝−2.1024 L₁＝0.3836,L₂＝0.7427 φ_１＝−0.5249,φ_２＝1.4832 φ_３＝0.7392 実施例７ｆ＝１ F/2.15 ２ω＝13.05゜ r₁＝0.6418 d₁＝0.1661 n₁＝1.78590 υ_１＝44.18 r₂＝∞ d₂＝0.0419 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝−1.3101 d₃＝0.0671 n₃＝1.78472 υ_３＝25.71 r₄＝0.6870 d₄＝0.0797 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝2.5901 d₅＝0.1116 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝−1.1575 d₆＝0.0377 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝−5.1931 d₇＝0.0755 n₇＝1.69680 υ_７＝55.52 r₈＝−1.3356 L₁＝0.3937,L₂＝0.7410 φ_１＝−0.5990,φ_２＝1.4913 φ_３＝0.7629 ただし、各実施例において、ｆは全系の焦点距離、F/
はＦナンバー、２ωは画角、r_iはレンズ系第ｉ面の曲率
半径、d_iはレンズ系第ｉ面から第ｉ＋１面までの面間
隔、n_iはｄ線（587.56nm）に対するレンズ系第ｉ面と第
ｉ＋１面の間の媒質の屈折率、υ_ｉはレンズ系第ｉ面と
第ｉ＋１面の間のの媒質のアツベ数である。

実施例１は、第１図に示すように物体側に凸面を向け
た正メニスカスレンズの第１レンズと両凹レンズの第２
レンズと両凸レンズの第３レンズと物体側に凸面を向け
た正メニスカスレンズの第４レンズとから成っており、
第２レンズと第３レンズとを接合することで収差を良好
にし、特に色収差を適切に補正している。本実施例の収
差補正状況は第８図に示す通りである。

実施例２は第２図に示すように両凸レンズの第１レン
ズと両凹レンズの第２レンズと両凸レンズの第３レンズ
と物体側に凸面を向けた平凸レンズの第４レンズとから
成り、第２レンズと第３レンズとが接合されたレンズ系
である。本実施例は上記のように第１及び第４レンズを
設定することによりレンズの加工性を向上させ実施例１
よりもさらにレンズ系のコンパクト化をはかったもので
ある。本実施例の収差補正状況は第９図に示す通りであ
る。

実施例３は第３図に示すように両凸レンズの第１レン
ズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズの第２レ
ンズと物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズの第３
レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第
４レンズから成っており、第２レンズと第３レンズとが
分離されたレンズ系である。本実施例は各面の面間隔を
小さくすることにより前記実施例よりもさらにレンズ系
のコンパクト化をはかり収差も良好に補正したものであ
る。本実施例の収差状況は第10図に示す通りである。

実施例４は第４図に示すように物体側に凹面を向けた
正メニスカスレンズの第１レンズと物体側に凹面を向け
た負メニスカスレンズの第２レンズと物体側に凹面を向
けた正メニスカスレンズの第３レンズと両凸レンズの第
４レンズとから成り、実施例５は第５図に示すように両
凸レンズの第１レンズと物体側に凹面を向けた負メニス
カスレンズの第２レンズと物体側に凹面を向けた正メニ
スカスレンズの第３レンズと両凸レンズの第４レンズと
から成っている。両実施例とも実施例３に示したメニス
カス形状の第４レンズを両凸レンズにすることにより加
工性の向上をはかると共に収差を良好に補正したもので
あり、収差状況は第11及び第12図に示す通りである。

実施例６は第６図に示すように物体側に凸面を向けた
性のメニスカスレンズの第１レンズと両凹レンズの第２
レンズと両凸レンズの第３レンズと物体側に凹面を向け
た正メニスカスレンズとから成り実施例３乃至５のよう
に負メニスカスレンズの第２レンズを両凹レンズにする
ことにより第３及び第４レンズを通過する光線高を下げ
ることができるのでレンズ外径を小さくできるものであ
る。本実施例の収差状況は第13図に示す通りである。

実施例７は、第７図に示すように物体側に凸面を向け
た片凸レンズの第１レンズと両凹レンズの第２レンズと
両凸レンズの第３レンズと物体側に凹面を向けた正メニ
スカスレンズの第４レンズとから成り実施例６の第１レ
ンズを平凸レンズにすることにより加工性を高めると共
に実施例６よりもさらにレンズ系のコンパクト化をはか
ったものである。本実施例の収差状況は第14図に示す通
りである。

なお、第１乃至第７図においてＳは明るさ絞りを示し
ている。

各実施例では、絞りに対しコンセントリックな形状の
面をなるべく多くするようにしてあるので絞りに対して
非対称なレンズ系であるにも拘らず光束に対する非対称
性が緩和されており、コマ収差をはじめとする諸収差が
良好に補正されている。

なお、実施例１は、テレビカメラ用の撮影レンズとし
て示したものである。実施例１のレンズ構成を示した第
１図には、レンズ系の他に複数の平行平面板が示されて
いるが、これらは各種のフィルター類を表わしたもので
ある。これらのうち、第４レンズの後側に設置されてい
る平行平面板は赤外カットフィルターおよびローパスフ
ィルター等の光学フィルターを示したものである。これ
はテレビカメラに用いられている固体撮像素子が赤外波
長領域の光に対しても感度を持つため、色再現性の悪い
画像となることを防ぐために赤外線をカットするフィル
ターが必要となる。この赤外線カットフィルターは干渉
フィルターでも吸収フィルターでも良いし、吸収フィル
ターにコーティングをほどこしたものでも良く通常の観
測波長以外の光をカットするための光学的フィルターで
も良い。

さらにこの実施例１を用いたテレビカメラをイメージ
ガイドファイバーを用いた内視鏡に取り付け、内視鏡に
よって得られる被写体像をテレビモニターで観察する場
合においては、そのイメージガイドファイバー束の端面
形状が規則正しい配列をなしており、また固体撮像素子
の各画素も規則正しい配列をしているため互いに干渉し
合いテレビ画面上にモアレ縞が発生することがある。こ
のモアレ縞の発生を防ぐため、光路中に設ける光学的ロ
ーパスフィルターは水晶板などの複屈折性を利用したも
のでもよいし、位相フィルター等を用いてもよく、これ
らを複数組み合わせたもので構成してもよいし、前記赤
外カットフィルターと組み合わせた構成にしてもよい。

また、結像面のところに比較的肉厚の大きな光学フィ
ルターが配置してあるが、これは固体撮像素子にもうけ
られているカバーガラスに光学的フィルターを接着する
ことによりそのフィルター表面上の小さなゴミが結像面
に結像しないのでゴミ等が像上に映るという不具合が解
消できる。そのため、組立作業や撮像レンズと固体撮像
素子の相対位置決め等を行なう際に非常に都合が良くな
る。

なお、以上のことは実施例１に限らず他の実施例に用
いても良いし、特に実施例１のレンズ系に用いなければ
ならないというものでもない。

各実施例においては、レンズ群の前後に比較的間隔が
とってあるが、これはこのレンズ群を動かしてピント調
整を行なうために必要なものである。但し、モザイク状
のカラーフィルターアレイを備えた固体撮像素子を用い
た場合、その素子への光線入射角度によってはある画素
上に対応して配置されている各フィルターを通過した光
束がその画素には入射せずに隣接した画素に入射すると
いうことがあり、色ムラが発生してしまう。このように
モザイク状のカラーフィルターアレイを備えた固体撮像
素子を用いた場合はレンズ群を動かすと光線の入射角度
が変化し都合が悪いので撮像レンズと固体撮像素子の相
対位置決めを固体撮像素子自体を動かして行なえば良
い。またモアレを除去する一手段として相対位置決めを
した位置から少しずらして、像を少しぼかす方法が考え
られる。このためにも、本実施例のようにレンズ群の前
後に比較的間隔をあけておくことが望ましい。なお、本
願発明の結像面に固体撮像素子を用いた場合において特
にモザイク状のカラーフィルターアレイを備えたものを
用いる必要はなく面順次方式や他の撮像素子を用いて構
成してもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レンズ構成が４枚と簡単でありなが
らＦナンバーの小さく収差補正も良好な撮影用光学系を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の実施例１のレンズ構成を示す断面
図、第２図乃至第７図は本願発明の実施例２乃至７のレ
ンズ構成を示す断面図、第８図は本願発明の実施例１の
収差曲線図、第９図乃至第14図は本願発明の実施例２乃
至７の収差曲線図、第15図は従来技術のレンズ構成を示
す断面図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、正の屈折力を有する第１
レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折
力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レン
ズとか成り、以下の条件（１）乃至（５）を満足するこ
とを特徴とする観察装置の接眼部に取り付けて撮影を行
う撮影レンズ。（１） 0.2f＜L1＜1.1f （２） 0.4f＜L2＜1.2f （３） −2.2/f＜φ１＜−0.4/f （４） 0.52/f＜φ２＜1.9/f （５） 0.49/f＜φ３＜1.0/f ただし、L1はレンズ全長（第１レンズの物体側面から第
４レンズの像側面までの軸上空気換算長）、L2はバック
フォーカス（第４レンズの像側面から結像面までの軸上
空気換算長）、ｆは全系の焦点距離、φ１は第２レンズ
の物体側面の屈折力、φ２は第３レンズと第４レンズの
各面の屈折力の和、φ３は第３レンズの像側面の屈折力
である。